第1讲c语言基础知识

1、第一章 基础知识主要内容n计算机系统的组成计算机系统的组成n计算机工作原理n计算机中数据的表示与存储n程序设计语言的发展n算法及算法的描述1. 计算机系统组成n计算机系统是由软件系统和硬件系统两部分组成的。计算机的软件系统n 计算机系统中的程序及相关文档被称为软件，所有程序及相关文档的总和称为软件系统。n程序是为实现一定功能，用计算机程序设计语言所编制的语句的有序集合。n文档是描述程序设计的过程及程序的使用方法等的有关资料。n程序是可由计算机执行，而文档是不能执行的。n 软件系统按其功能可分为系统软件和应用软件两大部分。n系统软件：控制和维护计算机的正常运行，管理计算机的各种资源，以满足应用软

2、件的需要。n应用软件：完成一个特定的任务，在系统软件的支持下，才能运行。计算机的硬件系统n 计算机由中央处理器、内部存储器（简称内存）、输入设备和输出设备等部分组成；n中央处理器即CPU，内部集成了控制器和运算器等部件，是计算机的核心处理部件。内部存储器内部存储器（简称内存），用于存放正在执行的程序和数据。CPUCPU只能直接执行只能直接执行和处理放入内存中和处理放入内存中的程序和数据。的程序和数据。微型计算机结构1. 微处理器2. 存储器3. I/O接口和I/O设备4. 系统总线控制总线控制总线CB数据总线数据总线DB地址总线地址总线AB微微处处理理器器I/O设备设备I/O接口接口存储器存储

3、器系统总线系统总线BUS存储器n 存储器（Memory）是存放程序和数据的部件n 高性能微机的存储系统n微处理器内部的寄存器（Register）n高速缓冲存储器（Cache）n主板上的主存储器n以外设形式出现的辅助存储器n 主存储器（主存、内存）n半导体存储器芯片组成nRAM部分断电后信息丢失n相对造价高、速度快、但容量小n 有两种内部存储器n只读存储器（ROM，Read Only Memory） n随机存储器（RAM，Random Access Memory）主存（内存内存储器）RAM和和ROMn辅助存储器（简称辅存或外存）n磁盘、光盘、固态硬盘（SSD）、U盘等n相对造价低、容量大、信息可

4、长期保存，但速度慢存储器的容量单位n 计算机中的所有信息都是用二进制编码表示的，即用“0”和“1”组成的串表示。因此存储器的容量是指存储器能存放多少个二进制位（b）。n 通常8位编为一组，称为一个字节（B）。n 表示存储器容量的单位有KB、MB、GB以及TB等。 1KB=210B 1MB=220B 1GB=230Bn目前主流计算机内存容量为2G内存地址n一般把存储器中的一个字节称为一个内存单元。n为了正确地访问这些内存单元，必须为每个内存单元编上号。根据一个内存单元的编号即可准确地找到该内存单元。n内存单元的编号就是所谓内存地址。I/O接口和I/O设备n I/O设备（Peripheral）：用

5、户与微机交互n输入（Input）设备，如标准输入设备：键盘n输出（Output）设备，如标准输出设备：显示器n I/O接口（Interface）：外设和主机间的桥梁n完成信号变换、数据缓冲、联络控制等工作n较简单的I/O接口电路与主板一体n较复杂的I/O接口电路制成独立的电路板，称为接口卡，比如显卡。计算机系统计算机系统硬件硬件软件软件主机主机外部设备外部设备内存内存CPU控制器控制器随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)输入设备输入设备：键盘、鼠标等：键盘、鼠标等输出设备输出设备：显示器、打印机等：显示器、打印机等系统软件系统软件：操作系统、语言处理程序等：操作系统、语

6、言处理程序等应用软件应用软件：办公软件、学生信息管理软件等：办公软件、学生信息管理软件等运算器运算器外存：硬盘、光盘等外存：硬盘、光盘等计算机系统组成计算机系统组成2.计算机的工作原理n程序与指令n指令是能被计算机识别并执行的一种二进制代码，一条指令完成一种基本操作。n每一条指令中明确规定了计算机从内存的哪个位置取数，进行什么操作，然后送到什么地方去等步骤。n程序本质上就是控制计算机完成特定功能的一组有序指令的集合。计算机的基本工作原理存储程序原理n 预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列(即程序)和原始数据输入到计算机内存中；n 运行时，在控制器控制下，从内存中取出第1条指令送入控制器，经控

7、制器分析后产生完成该指令的各种定时控制信号；n 在这些信号控制下完成该指令规定的操作，包括存储器中取出数据、进行指定的运算和逻辑操作、结果送入内存等。n 接下来，取出第2条指令，在控制器的指挥下完成规定操作，依此进行下去，直到遇到停止指令。n 程序与数据一样存储，按照程序编排的顺序，一步一步地取出指令并自动地完成指令规定的操作，这是计算机最基本的工作原理。n 这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯诺依曼于1945年提出来的，故称为冯诺依曼原理。n 虽然现在的计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域和价格等方面与当时的计算机有很大差别，但基本结构没有变。 3. 计算机中数据的表示与存储计算

8、机中的数据和程序均是使用二进制表示的，计算机中的数据和程序均是使用二进制表示的，原因：原因：（1 1）技术上容易实现，可靠性强。）技术上容易实现，可靠性强。 （2 2）运算规则简单。）运算规则简单。 （3 3）实现逻辑运算容易。）实现逻辑运算容易。 （4 4）与其他数制转换方便。）与其他数制转换方便。 二进制数的逻辑运算n逻辑“与”运算0 x1=0 1x0=0 0 x0=0 1x1=1 n逻辑“或”运算0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1n逻辑“非”运算Not 0= 1 Not 1 = 0数值数据的表示方法n定点数：将计算机中的小数点的位置视为是固定不变的。n 定点整数n 定点小数常

9、用定点整数编码常用定点整数编码 原码原码 :最高位为符号为，0为正数，1为负数例如，设机器字长为8位，+1原 = 00000001+127原= 01111111 +0原= 000000001原 = 10000001 127原= 11111111 0原 = 10000000 反码：反码：最高位为符号为，0为正数，1为负数。负数时，数值位各位均取反。例如，设机器字长为8位，+1反 = 00000001 +127反= 01111111+0反 = 000000001反 = 11111110 127反= 100000000反 = 11111111 补码：补码：正数的补码与原码相同，负数符号位为1，其余各

10、位变反，在末位加一，如需要进位必须进位。 例如，设机器字长为8位， +1补 = 00000001 +127补 = 01111111 +0补 = 00000000 1补 = 11111111 127补 = 10000001 0补 = 00000000 浮点数表示法把一个实数用阶码和尾数两部分来分别表示。例如，十进制实数12345.6789可以表示为：0.123456789 10+5二进制实数的表示类似，例，1010.1011可表示为：1010.1011= 2+100 0.10101011阶码决定了能表示的数的范围尾数则决定了能表示的输的精度浮点数的表示方法n阶码是指数部分的值，表示幂次，其基数通

11、常取2。 n例如： 256.5 的浮点格式(32位)为：n所以 （256.5)10 = (0.1000000001)22900001001010000000010000000000000阶码: 7位数符尾数：23位阶符n根据IEEE 754国际标准，常用的浮点数有两种格式，单精度浮点数和双精度浮点数。n单精度浮点数(32位)，阶码8位，尾数24位(内含1位符号位)。n是浮点数的符号位，1 位，0表示正数，1表示负数。n是尾数，23位，小数点放在尾数域的最前面。n：阶码，8位，采用移码方式来表示正负指数。n双精度数64位，尾数为53位，用定点小数表示（通常使用补码）n双精度数阶码为11位精度和溢

12、出精度和溢出 所谓精度，是指可以给出的有效数字的位数。 如果一个数的大小超出了计算机所能表示的数的范围，则产生“溢出”。 非数值信息的表示 字符编码字符编码 对于英文字符，最常用的字符编码是对于英文字符，最常用的字符编码是ASCII码码 128个常用字符，个常用字符，用用7位二进制编码位二进制编码，从，从0到到127控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94个。个。 例如：字符例如：字符“a”的编码为的编码为1100001，对应的十进制数是，对应的十进制数是97； 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 4

13、1H5AH 6590 az 61H7AH 97122汉字编码(1) 汉字输入码汉字输入码音码类音码类 全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能自然码和智能ABC等等 形码类形码类 五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等 。(2) 汉字国标码汉字国标码(GB231280) 每个汉字占两个字节。每个汉字占两个字节。 一级汉字：一级汉字：3755个；二级汉字：个；二级汉字：3008个。个。汉字分区，每个区汉字分区，每个区94个汉字。个汉字。区号区号区中位区中位置置汉字信息处理系统的模型汉字信息处理系统的模型输入码 国标码 字形码 机内码地址码 汉字输入 汉字输出(4) 汉字

14、字形码汉字字形码点阵：点阵：汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代码 有有1616、2424、3232、4848等等编码、存储方式简单、无需转换直接输出编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差放大后产生的效果差矢量：矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相反矢量方式特点正好与点阵相反(3)机内码机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字汉字 国标码国标码 汉字内码汉字内码 中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华华

15、 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B （5 5）汉字地址码）汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系地址码和机内码要有简明的对应转换关系(6) (6) 其他汉字编码其他汉字编码UCSUCS码、码、UnicodeUnicode码、码、GBKGBK码、码、BIG5BIG5码等码等 n多媒体信息表示多媒体信息表示 （1 1）图像（）图像（imageimage）与图形（）与图形（graphicsgraphics）信息在）信息在计算机内的表示计算机内的表示 （2）

16、声音信息在计算机中的表示）声音信息在计算机中的表示 （3）视频信息在计算机中的表示）视频信息在计算机中的表示 4. 程序设计语言的发展编写程序所使用的语言就是程序设计语言。程序设计语言的发展经历了三个阶段： 机器语言-汇编语言-高级语言n 依赖于机器，不同的计算机有不同的语言，它由一系列指令组成，每条指令用 二进制或八进制编码。 主要在上世纪50年代初使用 例：0000001011001111 表示 加法指令n 机器语言是唯一计算机可以直接执行的语言。第一代语言机器语言n 也称为符号语言，用符号代替机器语言中的二进制编码。上世纪50年代出现，至今仍有使用。 n 如 : MOV AL , 5 n

17、 计算机不能直接识别和执行汇编语言，它必须经过一个汇编程序（系统软件）转换成机器语言后才能执行，它仍依赖于机器，不同的计算机有不同的汇编语言，不能通用。第二代语言汇编语言 汇编语言程序汇编语言程序 机器语言程序机器语言程序 汇编程序汇编程序也叫算法语言，计算机不能直接识别和执行。上世纪60年代出现。一般地，把用高级语言或汇编语言编写的程序称为源程序。源程序须经过编译程序（系统软件）编译成机器语言程序（目标程序）后才能执行，过程如下：算法语言源程序编译程序机器语言目标程序结果编译执行第三代语言高级语言n 高级语言程序的执行除了编译执行方式外还有另外一种方式，即解释执行方式。n一次只读一行源程序，

18、将该行源程序翻译成机器语言并执行，翻译结果不保存。n这种方式下，每次运行用户程序时都必须要用解释程序。n典型的代表：早期的BASIC语言，PCLogo等n第四代语言非过程化语言n它只描述需要求解的问题是什么，典型的如SQL 语言（结构化查询语言），例如：n select “男生”n from “ 03级”n where “年龄i ；步骤步骤2：从键盘输入一个整数给从键盘输入一个整数给num，再将，再将num=max；步骤步骤3：如果如果imax，将，将num=max，否则，否则max的值为原值；的值为原值；步骤步骤5：i+1=i，转步骤，转步骤3；步骤步骤6：输出输出max的值，即输出的值，即输出n个整数中的最大数。个整数中的最大数。用自然语言描述算法如下：用自然语言描述算法如下：2.2